第三章 研究方法與步驟
第二節 實驗組與對照組學生在「原子與分子」單元前測結果分析
測驗總題數 38 題的問卷中，實驗組前測部份，其有效樣本為 33 件，整體平均 答對題數為 15.61 題，標準差為 7.9254，答對率為 41.5%。38 題共分為十個概念，
每一概念皆有 3~5 個子概念題型。依表 4-2-1 各概念類型的題型來比較，以「原子 與分子」概念的第 13 題，「化學式」概念的 14、16、18 三題，「巨觀物/化變化」
概念的第 28 題、「微觀物/化變化」概念的第 32 題等較佳。單就概念類型而言，「化 學式」、「巨觀物/化變化」、「微觀物/化變化」三項概念答對率較高，「原子說」、「原 子模型」、「原子結構」、「粒子觀點的純物質與混合物」、「粒子觀點的元素與化合 物」、「化學反應式」等答對率均偏低，而其中又以第 1 題、第 4 題、第 6 題、第 10 題、第 17 題、第 19 題、第 20 題、第 21 題、第 22 題、第 23 題、第 36 題、第 39 題等 12 題答對人數均不到 10 人，顯示實驗組大部分學生在學習本單元前對於 各個概念存有許多迷思。
對照組在前測部份，有效樣本為 33 件，整體平均答對題數為 13.52 題，標準 差為 6.0407，答對率為 35.57%，依表 4-2-1 各概念類型的題型來比較，以「化學式」
概念的 14 題，「微觀物/化變化」概念的第 34、35 題等較佳。單就概念類型而言，
除了「巨觀物/化變化」、「微觀物/化變化」兩項概念答對率較高外，其餘概念的答 對率均中間偏低，而其中又以第 3 題、第 4 題、第 5 題、第 6 題、第 7 題、第 11 題、第 15 題、第 19 題、第 20 題、第 22 題、第 23 題、第 24 題、第 25 題、第 36 題、第 39 題等 15 題答對人數均不到 10 人，顯示大部分對照組學生在學習本單元 前對於各個概念存有許多迷思。
由表 4-22 可以發現，雖然實驗組的平均答對率優於對照組，但是在部分概念 或是子概念，對照組的答題表現優於實驗組，計有「原子說(元素化合物)」概念中 的 1、2 題、「原子結構(元素週期表)」概念中的 8、10 題、「化學式」概念中的 17 題、「粒子觀點的純物質與混合物」概念中的 21 題、「粒子觀點的元素與化合物」
概念中的 26、27 題、「巨觀物/化變化」概念中的 29 題、「微觀物/化變化」概念中 的 34、35 題、以及「化學反應式」概念中的 38、39 題。這些問題顯示實驗組在本 單元的先備概念可能是較為紊亂、錯誤的。
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二、由概念類型來說明各題組答題結果及分析：
(一) 概念類型 1－原子說：a1~a3
表 4- 23 前測實驗組及對照組於概念類型 1「原子說」答對率分析表
概念類型
子概念編號及內容 題號
前測答對人數 前測答對率 實驗
組
對照
組 實-對 實驗 組
對照
組 實-對 原子說(元
素化合物) a1 基本粒子 1. 7 11 -4 21% 33% -12%
a2 排他性 2. 10 17 -7 30% 52% -21%
a3 限制性 3. 11 9 2 33% 27% 6%
平均答對率 28% 34%
實驗組在概念類型 1－原子說的平均答對率為 28%，其中在子概念 a1「基本粒 子」內容中，有 12 人認為「原子是最小粒子為真」是因為「沒有實驗做出被 切割成一半的原子」，10 人認為是因為「原子名稱的原意就是不可分割的意 思，因此原子是最小粒子」。在子概念 a2「排他性」內容中，有 14 人認為「相 同質量的原子，其質量大小皆相同為真」是誤認只要純物質在巨觀上的物理條 件相同，微觀上相同原子的質量大小也必相同。而對照組在概念一的平均答對 率為 34%，其中在子概念 a1「基本粒子」內容中，有 15 人雖然對題幹描述「所 有物質都是由原子所構成的，原子是最小的粒子，不能再分割成更小粒子」判 斷正確，但認為敘述錯誤的原因是「因為原子可以被平均切割成帶負電以及帶 正電兩部分」。在子概念 a3「限制性」內容中，有 11 人認為「一切物質都由 原子組成，原子是最基本的粒子」並非道耳吞原子說的內容，因而造成誤判。
表 4- 24 前測實驗組及對照組於概念類型 1 各子概念答題狀況分析表
概念類型 子概念編號
及內容
題 號
實驗組答題狀況 對照組答題狀況 A B C D E A B C D E 原子說
a1 基本粒子 1. ＃12 10 5 *7 0 2 5 ＃15 *10 1 a2 排他性 2. ＃14 8 *10 2 0 4 8 ＃*16 5 0 a3 限制性 3. 9 6 8 *＃11 0 ＃11 9 3 *10 0
註： *代表正確解答 ＃代表最多人選擇的解答
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(三) 概念類型 3－原子結構(元素週期表)：c1~c3
表 4- 27 前測實驗組及對照組於概念類型 3「原子結構(元素週期表)」答對率分析表
子概念編號及內容 題 號
前測答對人數 前測答對率 實驗
組 對照
組 實-對 實驗 組
對照
組 實-對
原子結構 (元素週 期表)
c1 原子核內有質子
和中子 8. 11 13 -2 33% 39% -6%
c2 原子內各粒子間
的質量關係 9. 19 10 9 58% 30% 27%
c3 原子內各粒子的
特性 10. 6 11 -5 18% 33% -15%
平均答對率 36% 34%
實驗組在概念類型 3－原子結構(元素週期表)的平均答對率為 36.33%，其中在 子概念 c3「原子內各粒子的特性」內容中，有 11 人認為「原子序等於原子核 的中子數」，其他子概念答對人數均為最多選擇人數。而對照組在概念類型 3 的平均答對率為 34%，且其他子概念答對人數均為最多選擇人數。
表 4- 28 前測實驗組及對照組於概念類型 3 各子概念答題狀況分析表
概念類型 子概念編號及內容 題
號
實驗組答題狀況 對照組答題狀況 A B C D E A B C D E 原子結構
(元素週 期表)
c1 原子核內有質子和中
子 8. 4 8 ＃*12 9 1 7 9 ＃*11 5 1 c2 原子內各粒子間的質
量關係 9. 7 5 5 ＃*17 0 4 9 9 ＃*11 0 c3 原子內各粒子的特性 10. ＃11 5 *5 9 4 6 6 ＃*12 5 4 註： *代表正確解答 ＃代表最多人選擇的解答
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(四) 概念類型 4－原子分子：d1~d3
表 4- 29 前測實驗組及對照組於概念類型 4「原子分子」答對率分析表
實驗組在概念類型 4－原子分子的平均答對率為 48.33%，且其子概念答對人數 均為最多選擇人數。而對照組在概念類型 4 的平均答對率為 27.33%，其中在 子概念 d1「構成分子的原子性質」內容中，有 11 人認為「不同元素的原子其 性質也可能會相同」；而概念 d2「元素分子的粒子模型」內容中，有 14 人認 為氯氣分子模型應由 3 個大小及顏色相同的小球結合而形成，顯然缺乏分子概 念或記錯化學式。
表 4- 30 前測實驗組及對照組於概念類型 4 各子概念答題狀況分析表 概念
類型 子概念編號及內容 題
號
實驗組答題狀況 對照組答題狀況 A B C D E A B C D E 原子
分子
d1 構成分子的原子性質 11. 9 ＃*10 8 7 0 10 *7 ＃11 5 0 d2 元素分子的粒子模型 12. 3 ＃*15 9 7 0 0 *13 ＃14 6 0 d3 由化學式判斷化合物的粒子
模型
13. ＃
*24 7 1 2 0 ＃*16 5 6 5 1 概念
類型 子概念編號及內容 題
號
前測答對人數 前測答對率 實驗
組
對照
組 實-對 實驗組 對照組 實-對 原子
分子
d1 構成分子的原子性質 11. 11 7 4 33% 21% 12%
d2 元素分子的粒子模型 12. 15 13 2 45% 39% 6%
d3 由化學式判斷化合物的粒子模型 13. 22 17 5 67% 52% 15%
平均答對率 48.33% 27.33%
註： *代表正確解答 ＃代表最多人選擇的解答
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(五) 概念類型 5－化學式：e1~e5
表 4- 31 前測實驗組及對照組於概念類型 5「化學式」答對率分析表
實驗組在概念類型 5－化學式的平均答對率為 56.6%，其中在子概念 e4「化學 式代表意義與其描述方法」內容中，有 13 人認為「He，是表示由 1 個氦原子 所組成的 1 個氦分子」為錯誤的而選此項(B)，造成迷思概念；其他子概念答 對人數均為最多選擇人數。而對照組在概念五的平均答對率為 43%，其中在子 概念 e2「化學式中原子的表示法」，有 14 人認為「5H2SO4，表示有 5 個硫酸 分子」是錯誤的而選擇(C)；另外子概念 e4「代表意義與其描述方法」內容中，
亦有 15 人認為「H2O，表示由 2 個氫原子和 1 個氧原子所組成的 1 個水分子」
是錯誤的而選擇(C)，因此造成迷思概念。
表 4- 32 前測實驗組及對照組於概念類型 5 各子概念答題狀況分析表 概念
類型 子概念編號及內容 題號 實驗組答題狀況 對照組答題狀況 A B C D E A B C D E
化學 式
e1 不同化學式中同種的原
子比 14. 3 ＃*25 6 0 0 3 ＃*20 9 1 0 e2 化學式中原子的表示法 15. 6 7 5 ＃*16 0 4 7 ＃14 *8 0 e3 相同元素構成不同化合
物的表現 16. 3 2 7 ＃*22 0 2 5 10 ＃*16 0 e4 代表意義與其描述方法 17. 6 ＃13 4 *11 0 3 4 ＃15 *11 0 e5 綜合型及預測 18. 2 ＃*28 4 0 0 4 ＃*18 7 4 0
註： *代表正確解答 ＃代表最多人選擇的解答
概念類型 子概念編號及內容 題
號
前測答對人數 前測答對率 實驗
組
對照 組
實-對
實驗 組
對照 組
實-對
化學式
e1 不同化學式中同種的原子比 14. 22 20 2 67% 61% 6%
e2 化學式中原子的表示法 15. 17 8 9 52% 24% 27%
e3 相同元素構成不同化合物的表現 16. 22 15 7 67% 45% 21%
e4 代表意義與其描述方法 17. 8 10 -2 24% 30% -6%
e5 綜合型及預測 18. 24 18 6 73% 55% 18%
平均答對率 56.6% 43%
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(七) 概念類型 7－粒子觀點的元素與化合物：g1~g4
表 4- 35 前測實驗組及對照組於概念類型 7「粒子觀點的元素與化合物」答對率分析表
概念類
型 子概念編號及內容 題號
前測答對人數 前測答對率 實驗
組
對照 組
實-對 實驗組 對照組 實-對 粒子觀
點的元 素與化 合物
g1 元素的粒子模型 24. 12 6 6 36% 18% 18%
g2 元素粒子模型的特徵 25. 11 6 5 33% 18% 15%
g3 化合物的粒子模型 26. 12 16 -4 36% 48% -12%
g4 化合物粒子模型的特徵 27. 10 18 -8 30% 55% -24%
平均答對率 33.75% 34.75%
實驗組在概念類型 7－粒子觀點的元素與化合物的平均答對率為 33.75%，其中 在子概念 g3「化合物的粒子模型」，以及 g4「化合物粒子模型的特徵」內容 中，均只比正確解答選項少 1 人，顯示仍有一部分學生，認為只要是由不同原 子的組合，就是化合物，而未考慮是否為單一分子。對照組在概念類型 7－粒 子觀點的元素與化合物的平均答對率為 34.75%，其中在子概念 g1「元素的粒 子模型」內容中，有 14 人選(C)，且在子概念 g2「元素粒子模型的特徵」內容 中，也有 9 人選(C)。這可能是學生認為「單一一個原子的組合，即為元素」，
也可能是尚未建立分子的概念導致。
表 4- 36 前測實驗組及對照組於概念類型 7 各子概念答題狀況分析表 概念類
型 子概念編號及內容 題
號
實驗組答題狀況 對照組答題狀況 A B C D E A B C D E 粒子觀
點的元 素與化 合物
g1 元素的粒子模型 24. 1 9 9 2 ＃*13 3 8 ＃14 1 *7 g2 元素粒子模型的特徵 25. 1 8 8 2 ＃*13 5 8 ＃9 2 *7 g3 化合物的粒子模型 26. 10 2 ＃*11 6 4 8 0 ＃*14 8 3 g4 化合物粒子模型的特徵 27. 11 1 ＃*12 4 4 8 0 ＃*17 4 3
註： *代表正確解答 ＃代表最多人選擇的解答
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(八) 概念類型 8－巨觀的物理與化學變化：h1~h4
表 4- 37 前測實驗組及對照組於概念類型 8「巨觀的物理與化學變化」答對率分析表
實驗組在概念類型 8－巨觀的物理與化學變化的平均答對率為 50.75%，而對照 組在此概念的平均答對率為 47.5%，兩組在本概念中的個題答對人數均為最多 選擇人數。
表 4- 38 前測實驗組及對照組於概念類型 8 各子概念答題狀況分析表
概念類
型 子概念編號及內容 題
號
前測答對人數 前測答對率 實驗
組
對照 組
實-對 實驗組 對照
組 實-對 巨觀的
物理與 化學變 化
h1 由實驗現象判斷物理變化 28. 20 14 6 61% 42% 18%
h2 由實驗後未產生新物質歸類物理變化 29. 14 18 -4 42% 55% -12%
h3 由實驗現象判斷化學變化 30. 18 16 2 55% 48% 6%
h4 由實驗後產生新物質歸類化學變化 31. 15 15 0 45% 45% 0%
平均答對率 50.75% 47.5%
概念類
型 子概念編號及內容 題
號
實驗組答題狀況 對照組答題狀況
實驗組答題狀況 對照組答題狀況